Основные понятия и определения.
К понятию вычислительной системы (ВС) подойдем в процессе изучения курса. В рамках нашего курса термины «компьютер», «вычислитель» и «ЭВМ» будем понимать как равноправные и равнозначные. Обратим внимание, что эти термины не определяют способ представления и обработки данных – цифровой или аналоговый. Поэтому в ряде случаев будем использовать термин «цифровой компьютер», сокращенно ЦК, а там, где из контекста ясно, о каком типе компьютера идет речь, любой из вышеприведенных терминов без специальных оговорок.
Понятие информации.
В названии нашего курса присутствует термин "вычислительные". Но в настоящее время значение вычислителей или, как их сейчас чаще называют ‒ компьютеров, вышло за рамки собственно вычислений в узком смысле. На сегодня компьютеры рассматриваются, прежде всего, как важнейшие элементы систем обработки информации. Поэтому необходимо вкратце рассмотреть понятия информации и связи этого понятия с вычислениями.
Наше время часто называют информационной эпохой, веком информации. Термин "информация" встречается повсеместно, употребляется всеми, кому не лень. Но что означает этот термин?
На сегодня существует понимание информации как одного из трех фундаментальных атрибутов нашего материального мира: поле, материя и информация. Но любая дискуссия и любая наука начинаются с договоренности о терминах и понятиях. Следовательно, нам надо начать с определения понятия информации.
4.1. Определение информации.
В литературе можно найти множество самых разных определений информации. Например:
Информация ‒ от лат. informatio, разъяснение, изложение, осведомлённость. Для обыденных целей достаточно, но достаточно ли для работы с информацией как одним из трех "китов", на которых стоит наш мир? Например, отвечает ли это определение на вопрос о том, откуда берется информация? Или о закономерностях её преобразования?
Информация есть сведения, сообщения…
Информация есть мера упорядоченности… . Уже лучше, как мы увидим далее, здесь отражен очень важный аспект, но вопросы все еще остаются.
Информация есть содержание процессов отражения…
Информация есть алгоритм или инструкция… . А как быть с неформализуемыми и неалгоритмизируемыми задачами, т.е. именно теми задачами, решение которых, относящееся к категории творчества, и представляет наибольший интерес? Ведь ни алгоритм, ни инструкция ничего нового не создают - они лишь повторяют ранее существующее. А человек наделен способностью к творчеству, т.е. к созданию нового, ранее не существовавшего.
«Информация есть информация, а не материя и не энергия. Это третье». (Норберт Винер). С этим можно согласиться, но какова ценность такого определения? Что из него можно конструктивного извлечь, как применить?
Часто встречается т.н. "энтропийный подход" к определению информации. Этот подход мы рассмотрим чуть ниже, при обсуждении количественной оценки информации, сейчас же отметим лишь, что он относится к вопросу измерения количества информации, но никак не к её определению.
Рассмотрим определение, предложенное Генри Кастлером:
«Информация есть запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных» [1].
Достоинство этого определения ‒ оно отвечает на вопрос как о механизме возникновении информации ‒ механизме выбора, так и необходимых для этого условиях:
"внешнее" или объективное условие ‒ наличие альтернатив;
и "внутреннее" или субъективное - наличие свободы выбора и памяти.
Обратим особое внимание, что это определение, единственное из всех, вышеприведенных, акцентирует внимание на необходимости наличия творца информации или автора ‒ того, кто осуществляет выбор. Информация не возникает сама по себе, ниоткуда ‒ она создается, у неё всегда есть автор.
Это определение было развито Ириной Вигеновной Мелик-Гайказян в следующее:
«Феномен информации есть многостадийный, необратимый процесс становления структуры в открытой неравновесной системе, начинающийся со случайного запомненного выбора, который эта система делает, переходя от хаоса к порядку, и завершающийся целенаправленным действием согласно алгоритму или программе, отвечающим семантике выбора» [2].
Рассмотрим ключевые моменты этого определения:
1. Необратимость процесса. Следуя [3] будем понимать систему логически необратимой, если по сигналу на выходе нельзя однозначно определить сигнал на входе. Необратимость обусловлена открытостью системы [4] – наличием в ней диссипативного фактора [5, 6].
2. Становление структуры. Внутренняя структурированность, внутренняя связность элементов ‒ важнейший атрибут, отличающий информацию от шума. Мера внутренней структурированности ‒ длина корреляции. [7-9]
3. Открытость и неравновесность системы. Порождение информации возможно только в открытой системе, т.е. системе, имеющей приток и сток, обменивающейся со своим окружением. Неравновесность ‒ важнейшее условие, в равновесной системе ничего не происходит. [4, 10]
4. Случайность. Если выбор не случаен, то он чем-то мотивирован, какой-то подсказкой, т.е. какой-то информацией. Следовательно, в полном смысле порождения информации нет, есть лишь её рецепция (восприятие) и преобразование.
5. Запомненность выбора. Если результат выбора не запомнен, то … о чем тогда можно говорить?
6. Переход от хаоса к порядку. Здесь подчеркнута важнейшая т.н. творческая роль хаоса - без хаоса нет творчества. Способность к творчеству у человека неразрывно связана со способностью к "погружению в хаос" ‒ переходу к хаотической динамике нейронной активности коры головного мозга. [11-14]